Impressão Jato de Tinta para Decoração de Revestimentos
Cerâmicos: Tecnologia e Oportunidades
Ian Hutchings
Centro de Pesquisa em Jato de Tinta, Instituto para Manufatura, Universidade de Cambridge,
Cambridge, Reino Unido
Resumo: A impressão por jato de tinta é amplamente utilizada para impressão gráfica e de texto em pequena
escala (para residências e pequenos escritórios). Agora também é cada vez mais utilizada para impressão comercial,
e certas características tornam-na especialmente atraente para impressão em um ambiente de fabricação. Ao longo
dos últimos dez anos as possibilidades de impressão a jato de tinta para a decoração de pisos e revestimentos
foram exploradas, e avanços significativos foram obtidos nas tecnologias de projeto da cabeça de impressão e
formulação de tintas. Vários sistemas de impressão comercial estão agora no mercado, tanto para uso em linha
quanto fora da linha de produção. Este artigo revisa os princípios básicos da impressão a jato de tinta, e discute
as características do processo que o tornam adequado para a decoração de revestimentos cerâmicos em um
contexto industrial. Considera-se o atual nível de desenvolvimento de impressão a jato de tinta para esta aplicação
e brevemente as possíveis oportunidades futuras.
Palavras-chave: impressão jato de tinta, revestimentos cerâmicos, decoração digital.
1. Introdução
Nos últimos anos viu-se uma explosão no número de empresas
oferecendo novas impressoras com base em tecnologia de impressão
jato de tinta para a decoração de revestimentos cerâmicos. No ano
de 2008 cinco empresas lançaram novas impressoras em linha,
enquanto outras três lançaram máquinas fora de linha. De fato, 2008
foi denominado “o ano da revolução digital para o setor cerâmico”
(CeramicWorldWeb, Janeiro de 2009). A expansão muito rápida da
tecnologia que tem ocorrido ao longo da última década é claramente
demonstrada na Figura 1, que mostra o número de empresas que
oferecem impressoras jato de tinta em linha para revestimentos
cerâmicos.
Parece altamente provável que, apesar das dificuldades
econômicas atuais a nível mundial e seus efeitos sobre a indústria
cerâmica e arquitetônica, esta nova tecnologia está aqui para ficar,
e uma vez que a produção cerâmica comece a se recuperar haverá
renovação no interesse para investimento neste método de decoração
de revestimentos cerâmicos. O objetivo deste trabalho é explicar
o que a impressão a jato de tinta pode fazer, e mostrar porque ela
tem características que podem agregar valor e flexibilidade para os
fabricantes e usuários de revestimentos cerâmicos. Serão revistos
os princípios básicos da impressão a jato de tinta, e discutidas as
características do processo que o tornam adequado para a impressão
sobre cerâmica. Será considerado o grau atual de desenvolvimento da
impressão jato de tinta para aplicações em revestimentos cerâmicos
e consideradas brevemente algumas possíveis oportunidades futuras
mais especulativas para a aplicação desta tecnologia.
Os princípios básicos da impressão convencional permaneceram
os mesmos por centenas de anos: os vários diferentes processos
considerados como consolidados envolvem a reprodução repetida
de uma mesma imagem ou texto muitas vezes. Normalmente isso é
obtido pela transferência de um padrão de tinta líquida ou semi-líquida
a partir de algum modelo padrão através do contato direto com o
papel ou outro substrato. Alterações no padrão impresso só podem
ser obtidas alterando-se o modelo padrão, o que envolve alterações
físicas e mecânicas dentro da máquina de impressão.
Os processos de impressão convencional utilizados para a
impressão de revestimentos cerâmicos são essencialmente os mesmos
Cerâmica Industrial, 15 (2) Março/Abril, 2010
processos que foram desenvolvidos para a impressão de papel,
cartão e produtos têxteis: impressão de tela plana na década de 1960,
serigrafia rotativa em 1970, e flexografia e impressão em relevo na
década de 19906. Em contraste com estes métodos, a impressão a jato
de tinta fornece um processo fundamentalmente diferente. A criação e
a deposição de cada pequena gota de tinta são realizadas sob controle
digital, de modo que cada padrão impresso em uma sequência pode
facilmente ser diferente dos outros, assim como pode ser o mesmo.
Este método é amplamente utilizado para impressão gráfica e de texto
em pequena escala (impressão residencial e em pequenos escritórios).
Ela agora está sendo cada vez mais aplicada para impressão comercial
em papel e cartão, e o processo também oferece uma vasta gama de
possibilidades para a deposição de materiais nos diversos processos
de fabricação. Vários fatores tornam-na especialmente atraente para
estas aplicações9.
Primeiro, é um processo digital. A localização de cada gota de
material pode ser determinada em uma grade xy e, se necessário,
em princípio, pode ser alterada em tempo real, por exemplo, para
ajustar a distorção ou desvio do substrato. Como é um processo
digital, cada produto em uma seqüência pode ser facilmente feito
de modo diferente de todos os outros, em pequenos ou até mesmo
em grandes formatos; produtos feitos sob medida podem ser
gerados facilmente como se fossem várias réplicas de um mesmo
modelo. Uma vez que o padrão a ser impresso é mantido como
dados digitais, pode haver significativa economia de custos sobre
os processos que envolvem o uso de uma máscara física ou um
modelo.
Em segundo lugar, é um método de não-contato; as únicas forças
que são aplicadas ao substrato resultam do impacto de pequenas gotas
de líquido. Assim, substratos frágeis podem ser processados, o que
seria difícil ou mesmo impossível para os métodos de impressão
convencionais. Substratos não planos podem ser impressos, pois o
processo pode ser operado a uma distância de parada de pelo menos
1 mm, e em alguns casos, muito mais.
Em terceiro lugar, uma ampla gama de materiais pode ser
depositada; a única limitação é que no momento da impressão, o
material esteja em forma líquida, com suas propriedades físicas
7
(principalmente a viscosidade e a tensão superficial) dentro de uma
escala adequada. Pigmentos, corantes, fritas cerâmicas e partículas
metálicas podem ser facilmente impressos a partir de suspensões,
assim como uma vasta gama de outros materiais que podem ser
usados para executar funções óticas e eletrônicas.
As vantagens da impressão a jato de tinta para decorar
revestimentos cerâmicos residem em todos os três fatores.
Especificamente, os seguintes benefícios foram considerados em
comparação com os métodos convencionais de impressão5,8:
• A definição da imagem digital e a flexibilidade do processo
resultam em que cada peça pode ser diferente se for necessário,
permitindo a representação mais realista de materiais naturais,
como pedras, e também a possibilidade de impressão de produtos únicos, tais como pinturas de murais ou pisos originais;
• Diferentes padrões de revestimentos podem ser processados
em sequência ou mesmo em conjunto;
• Podem ser obtidas imagens de alta definição;
• Os tempos globais de produção de protótipos e novos produtos
são reduzidos;
• A personalização, através de pequenas mudanças em um projeto
básico, é simples;
• O armazenamento de projetos na forma de dados digitais é
simples e de custo muito baixo;
• A impressão de lado a lado permite padrões ininterruptos
através de todo o comprimento da peça;
• Revestimentos exclusivos podem ser decorados automaticamente, evitando a movimentação manual, que é cara;
• Os tempos de ajuste são significativamente inferiores aos
métodos convencionais de impressão;
• Alterações no tamanho da imagem podem ser feitas facilmente
para acomodar diferentes tamanhos de revestimento;
• A capacidade de processamento de cor é realizada com uma
pequena gama de tintas, normalmente o padrão de quatro cores
(CMYK) usado na impressão convencional: ciano, magenta,
amarelo e preto;
• Há um uso mais eficiente de tintas, e assim menos
­desperdício;
• As marcas de impressão são menores em comparação aos
processos convencionais.
O objetivo desta revisão é explorar os princípios de impressão
a jato de tinta, e ver como ela está sendo usada para decoração de
revestimentos cerâmicos. Serão revistas as tecnologias de impressão
em uso, e serão comentados os possíveis desenvolvimentos futuros
para aplicações inovadoras.
orifícios. A impressão CIJ é um processo bem estabelecido, que é
amplamente utilizado na indústria, por exemplo, para impressão de
data e códigos de lote, e pode ser encontrada na indústria cerâmica
para a rotulagem das embalagens e, em alguns casos, para imprimir
códigos de identificação nas bordas dos revestimentos. Não é, porém,
usada para a decoração de revestimentos.
No método DOD um bico individual, geralmente dentro de
um conjunto contendo um grande número de bicos, é endereçado
individualmente para ejetar uma única gota de tinta sob demanda pela
indução de um pulso de pressão transiente em uma câmara de tinta
por trás do bico. A gota, em seguida, viaja em linha reta do bico para
formar um depósito sobre o substrato. Todas as impressoras atuais
que utilizam a tecnologia de jato de tinta para decorar revestimentos
cerâmicos (exceto uma, que será discutido mais tarde) utilizam o
princípio DOD, e este método será descrito a seguir.
Na impressão DOD o líquido é ejetado de uma cavidade na cabeça
de impressão em resposta a um sinal de disparo, como mostrado
esquematicamente na Figura 3, pela geração de um pulso de pressão
por um atuador. Existem dois tipos comuns de atuador. O método
DOD térmico (ou jato-bolha) é amplamente utilizado em impressoras
domésticas e em pequenos negócios; neste um rápido aquecimento
transiente da tinta, causado por um pequeno elemento de aquecimento
elétrico situado na cavidade da tinta e próximo ao bico cria uma
bolha de vapor de curta duração que dirige um jato de tinta para fora
do bocal. A bolha então colapsa, removendo a tinta do reservatório
2. Princípios de Impressão a Jato de Tinta
Figura 1. Número de companhias oferecendo impressoras em linha comerciais
para revestimentos cerâmicos baseadas na tecnologia jato de tinta (dados da
Tabela 1).
Dois métodos diferentes são usados para gerar gotas para
impressão por jato de tinta, denominados de jato de tinta contínuo
(“continuous ink-jet”, CIJ) e gota por demanda (“drop-on-demand”,
DOD)12, que são ilustrados na Figura 2. No processo CIJ (Figura 2)
um jato contínuo de tinta é emitido a partir de um bocal e divide-se
em uma corrente de gotas esféricas de tinta. A divisão é causada por
forças da tensão superficial que tornam o jato cilíndrico instável
(instabilidade Plateau-Rayleigh), mas também é controlada pela
aplicação de uma vibração bem definida sobre o fluxo. Cada uma das
gotas é então individualmente carregada eletricamente por indução
de um eletrodo próximo, e as gotas são direcionadas (desviadas)
por forças eletrostáticas para escrever pontos sobre o substrato. Pela
variação do nível da carga induzida a deflexão sofrida pela gota e,
conseqüentemente, a sua posição final sobre o substrato, pode ser
controlada. Gotas que não são carregadas desta forma são desviadas
para um recipiente e recicladas. Sistemas simples tipo CIJ usam bicos
individuais, mas também existem alguns sistemas com múltiplos
Figura 2. Ilustração dos princípios de funcionamento da a) impressão por jato
de tinta contínuo (CIJ), e b) impressão de jato de tinta por gota sob demanda
(DOD). Em cada caso gotas de tinta são emitidas a partir de uma cabeça de
impressão: no CIJ são individualmente dirigidas para o substrato a partir de
um único orifício, enquanto no DOD são emitidas a partir de uma matriz de
orifícios em resposta a sinais digitais.
8
Cerâmica Industrial, 15 (2) Março/Abril, 2010
para encher a cavidade, e o processo pode ser repetido. A maioria
dos sistemas industriais de jato de tinta, no entanto, usa um método
diferente, no qual um elemento piezoelétrico altera o volume interno
da cavidade sob a aplicação de um campo elétrico, gerando ondas de
pressão que por sua vez ejetam tinta pelo bico e, em seguida, enchem
a cavidade. Como o método DOD térmico envolve a vaporização
de um pequeno volume de tinta há restrições significativas sobre
os materiais que podem ser jorrados por este método; devem ser
relativamente voláteis, ou pelo menos ter um componente volátil.
Não há restrições para o método DOD piezelétrico.
Cabeçotes para ambos os métodos de impressão DOD geralmente
contêm centenas de bicos separados, alimentados por reservatórios
individuais de tinta, mas cada um individualmente endereçável. A
Figura 4 mostra um típico cabeçote DOD piezelétrico industrial
moderno, com 1.000 bocais espalhados sobre uma largura de 70 mm,
cada um dos quais é individualmente endereçável.
A separação dos bicos no cabeçote (neste caso de 70 mm) define
a resolução “nativa” que será realizada em uma passagem única de
impressão, embora esta possa ser aumentada de várias maneiras,
por exemplo, imprimindo com o cabeçote em ângulo em relação à
direção de impressão, ou utilizando mais de um cabeçote montado em
paralelo. A impressão em múltiplos passos, que é discutida abaixo,
também pode ser usada para aumentar a resolução. A resolução do
processo de impressão é referida em “pontos por polegada” (onde
1 dpi = uma gota impressa por 25,4 mm).
A cabeça de impressão ejeta um pequeno volume de líquido
que emerge como um jato curto. Uma vez que o jato sai do bico, as
forças de tensão superficial formam uma gota principal seguida de
um ligamento fluido que pode, então, colapsar em uma ou mais gotas
satélite menores. Estes satélites podem, então, combinar com a gota
principal, ou permanecem separados, como mostrados no exemplo da
Figura 5. Em um sistema ideal a tinta forma uma única gota no ponto
em que atinge o substrato, normalmente a uma distância fixa de cerca
de 1 mm, mas nem sempre isto é obtido. Geralmente, uma distância
maior de parada vai proporcionar mais tempo para uma gota esférica
se formar, mas à custa de uma gota com menor velocidade e menor
precisão na posição exata em que ela atinge a superfície.
O diâmetro da gota, que em última análise limita a resolução
do processo de impressão, é semelhante ao diâmetro do bico.
Normalmente isto equivale a cerca de 50 μm, correspondendo a
um volume de gota de cerca de 60 pL (picolitros), apesar de que
estão disponíveis cabeçotes de impressão industriais que produzem
gotas tão pequenas quanto 1 pL (~10 μm de diâmetro). Usando um
pequeno bocal e uma unidade complexa de formação de onda alguns
sistemas de segunda geração (cabeçotes de “escala de cinza”) podem
produzir um fluxo de sub-gotas que, em seguida, fundem-se numa
única gota de tamanho controlável antes que atinja o substrato. A
Figura 6 mostra a diferença entre o chamado cabeçote “binário”
(a), em que um único tamanho de gota é emitido em resposta ao
sinal da unidade, e um cabeçote de “escala de cinza”, em que uma
ou mais sub-gotas pequenas são geradas pela aplicação de um sinal
apropriado da unidade: estas, em seguida, fundem-se para resultar
em uma única gota final de tamanho controlável (b-d). Neste tipo de
cabeçote o tamanho de cada gota de cada bico pode ser controlado
individualmente durante a impressão, que, em comparação com um
cabeçote binário permite uma maior qualidade de imagem a ser obtida
para uma mesma altura nativa do bocal11.
A velocidade das gotas na impressão tipo DOD está normalmente
entre 5 e 10 m/s. O processo de ejeção do jato e formação da gota
envolve passos discretos e seqüenciais de ejeção e reposição de
fluido na cavidade, e a freqüência máxima de funcionamento é
regida pela escala de tempo destes eventos. Em um sistema DOD
típico isso resulta em um mínimo espaçamento de gotas ao longo
do jato ejetado de um único orifício, que é cerca de 10 a 20 vezes o
diâmetro da gota.
Cerâmica Industrial, 15 (2) Março/Abril, 2010
Figura 3. Ilustração esquemática do princípio de funcionamento da cabeça
de impressão de um sistema gota sob demanda (DOD).
Figura 4. Exemplo de um cabeçote de impressão DOD industrial moderno
piezoelétrico, com 1.000 bocais e uma largura de impressão de 70 mm
(Xaar plc, UK).
Figura 5. Instantâneo de uma imagem em alta velocidade mostrando jatos
formados a partir de uma fileira de orifícios (além da parte superior da
imagem) em três diferentes intervalos de tempo após a expulsão. As gotas
na fileira superior têm longos ligamentos que formam “caudas” por trás das
gotas esféricas principais. A segunda e terceira fileiras mostram gotas em
fases posteriores da evolução; neste caso o ligamento rompe-se em gotas
satélite muito pequenas.
9
3. Impressão em Linha de Revestimentos
Cerâmicos
Em princípio, o processo pelo qual a impressão a jato de tinta pode
ser usada para decorar revestimentos cerâmicos é simples. A fim de
integrar a impressão a jato de tinta com eficiência em uma linha de
produção de revestimentos é necessário um processo de uma única
etapa, no qual os revestimentos passam continuamente sob a máquina
de impressão. Nessa passagem única, a impressora deve depositar
de forma precisa e confiável a intensidade correta de cor em toda a
superfície a ser decorada. A Figura 7 mostra esquematicamente os
componentes de um sistema típico para quatro cores com impressão
de passagem única.
Para cada cor são montados cabeçotes em uma matriz (conhecida
como barra de impressão), que apresenta uma fileira contínua
de bicos em toda a largura do revestimento: para larguras típicas
de revestimentos e de cabeçotes isso pode envolver dez ou mais
cabeçotes de impressão. As cabeças de impressão são geralmente
escalonadas conforme mostrado na Figura 8.
As barras de impressão são montadas sobre o sistema de
transporte das placas, e a imagem a ser impressa definida digitalmente
é gerada pela condução dos cabeçotes de impressão, alimentados
com tinta, com os sinais adequados, que são sincronizados com o
movimento contínuo das placas sob a barra de impressão. Deste modo,
os elementos-chave da impressora são constituídos pelos cabeçotes
de impressão, pelo sistema de transporte de placas, pelo sistema de
abastecimento de tinta, pelos sistemas de controle de alimentação
de dados e sistemas associados. No entanto, o projeto e otimização
desses componentes, e sua integração em uma máquina robusta,
precisa e confiável, capaz de operar continuamente com o mínimo
de manutenção em um ambiente de produção cerâmica, envolve
importantes desafios de engenharia. Existem provavelmente muitas
razões comerciais e econômicas para o recente e rápido crescimento
da disponibilidade de impressoras jato de tinta em linha para
revestimentos cerâmicos, mas também há razões técnicas.
Os requisitos computacionais para impressão em linha são
substanciais. Sinais de dados precisam ser enviados a cada bico,
em tempo real, de modo que, por exemplo, para imprimir com uma
resolução de 360 dpi em uma placa de 70 cm de largura com uma
Figura 6. Princípios de funcionamento de a) um cabeçote de impressão
­binário, que emite um único tamanho de gota, e b-d), um cabeçote de impressão
em escala de cinza em que, pela combinação de uma série de sub-gotas, o
tamanho da gota pode ser alterado.
10
velocidade de produção de 35 m/min, mais de 80 milhões de sinais
devem ser transmitidos por segundo para cada barra de impressão:
um processo a quatro cores exigiria quatro vezes este valor. Estes
sinais devem ser rigorosamente sincronizados uns com os outros e
com o sistema de transporte de placa, o que é necessário para mover
as peças de forma harmoniosa e com uma velocidade constante sob
a barra de impressão, pois as irregularidades no movimento da placa
levam a defeitos na cor e no registro do padrão.
As exigências sobre os cabeçotes são grandes. Sua fabricação
envolve precisão de micro-fabricação, por exemplo, para produzir
bicos muito pequenos e precisos, com precisão e reprodutibilidade,
mas eles devem ser capazes de operar em um ambiente industrial
pesado com o mínimo de manutenção e por longos períodos. Tintas
para decoração cerâmica devem ser especialmente desenvolvidas,
com propriedades particulares, como será discutido a seguir.
Todos estes componentes do sistema devem ser compatíveis,
a fim de proporcionar um processo robusto de fabricação, e só
recentemente os avanços no poder de computação, design e
desenvolvimento de tintas para os cabeçotes de impressão foram
obtidos e integrados para essa finalidade. É significativo que os
desafios da impressão em linha não se limitam à indústria cerâmica.
Uma explosão semelhante na recente disponibilidade comercial
de sistemas de impressão de passagem única, como resultado
da evolução técnica, também ocorreu em outros mercados de
impressão1,3, embora se possa argumentar que, em comparação com
a impressão contínua em papel ou filmes poliméricos, a impressão
em revestimentos cerâmicos impõe desafios adicionais em termos
do ambiente industrial, das formulações de tintas e do manuseio
dos substratos.
4. Tintas para Decoração Cerâmica
As tintas utilizadas para decoração de revestimentos cerâmicos
devem satisfazer pelo menos dois critérios importantes. Primeiro,
elas devem ter as propriedades reológicas (e outras) corretas para
serem utilizadas neste processo, ou seja, devem poder ser impressas;
em segundo lugar, elas devem apresentar as cores finais desejadas
após a sua aplicação sobre o revestimento e seu processamento
sequencial.
O entendimento atual ainda está em desenvolvimento sobre as
complexas influências das propriedades reológicas de um líquido
em sua capacidade de formar gotículas bem definidas durante a
impressão a jato de tinta, com poucas ou nenhumas gotas satélite.
Para um líquido simples, com uma viscosidade que é independente
da taxa de cisalhamento ou do histórico de cisalhamento (um líquido
newtoniano), as propriedades mais importantes são a sua viscosidade
e sua tensão superficial. Cabeçotes de impressão a jato de tinta
tipo gota sob demanda normalmente requerem uma tinta com uma
viscosidade, à temperatura de impressão, no intervalo de 8-25 mPa.s,
apesar de algumas cabeças de impressão poderem usar tintas com
viscosidade tão elevada como 100 mPa.s. Para efeito de comparação,
a viscosidade da água à temperatura ambiente é de cerca de 1 mPa.s
(= 1 centipoise). As temperaturas da cabeça de impressão e da tinta
são geralmente controladas na impressora para manter os valores de
viscosidade estáveis e precisos.
Os efeitos combinados da viscosidade e da tensão superficial na
capacidade de impressão da tinta podem ser expressos pelo valor
do número de Ohnesorge (Oh), onde Oh = η/(ρσD)1/2. Aqui η, σ e
ρ são a viscosidade, a tensão superficial e a densidade do líquido,
respectivamente, e D é o diâmetro do bico (ou da gota). O número
de Ohnesorge descreve a importância relativa das forças viscosas
e superficiais sobre o fluido. A impressão DOD de um fluido é
prática somente se o valor de Oh estiver dentro de um intervalo
entre 0,1 e 1. Para Oh > 1 a dissipação viscosa no fluido evita a
formação do jato, enquanto que para Oh < 0,1 formam-se múltiplas
Cerâmica Industrial, 15 (2) Março/Abril, 2010
Figura 7. Esquema de uma impressora a jato de tinta de passagem única em linha para revestimentos com quatro cores.
de produção, uma vez que para se obter os melhores resultados elas
devem ser adequadas não só para os cabeçotes, mas também para os
componentes do revestimento e do processo global de queima.
5. Impressoras Jato de Tinta Comerciais para
Revestimentos Cerâmicos
Figura 8. O diagrama mostra como dez cabeças de impressão separadas
podem ser montadas para formar uma única e longa barra de impressão. Para
impressão em linha uma barra de impressão é usada para cada cor.
gotas, em vez de uma única gota bem definida. Os critérios para
a possibilidade de impressão de um fluido newtoniano, assim,
envolvem a sua viscosidade, e também sua densidade e tensão
superficial, pela sua influência sobre o número de Ohnesorge.
Aplicam-se condições adicionais às tintas que são não-newtonianas:
a presença de polímeros, ou mesmo partículas sólidas, por exemplo,
pode fazer a tinta comportar-se de modo viscoelástico, o que pode
afetar a facilidade com que a tinta é ejetada do bocal, e também a
maneira em que o jato, em seguida, entra em colapso para formar
uma ou mais gotas.
As cores geradas a partir de uma tinta após a impressão em
um revestimento cerâmico dependem criticamente da natureza dos
pigmentos presentes na tinta, e em suas interações com o corpo do
revestimento ou do vidrado, que por sua vez dependem do processo
utilizado (por exemplo, se primeira, segunda ou terceira queima).
A maioria das tintas contém ou pigmentos inorgânicos finamente
moídos (que devem ser altamente refratários para sobreviver à
temperatura de queima) ou compostos metálicos solúveis que reagem
com o vidrado para gerar a cor desejada5,7. A formulação de tintas
para esta aplicação é, portanto, especialmente desafiadora, uma vez
que não só a cor final deve ser obtida (tonalidade e intensidade),
mas também as propriedades físicas (tais como viscosidade, tensão
superficial, densidade e qualquer comportamento viscoelástico)
devem ser otimizadas para impressão por jato de tinta. Como a
viscosidade de uma dispersão de partículas sólidas aumenta com o
teor de sólidos, há limites para a quantidade de adição de pigmento
que pode ser obtida. Há também restrições sobre o tamanho máximo
das partículas do pigmento, que deve ter tamanho nanométrico
para evitar o entupimento do bico, e há também a necessidade de
estabilidade em longo prazo para evitar sua sedimentação2. O tamanho
das partículas do pigmento também pode ter efeitos importantes
sobre a cor. Melhorias e desenvolvimentos em formulações de tinta
têm sido objeto de intensa pesquisa, e é importante considerar que as
tintas para decoração cerâmica são um elemento essencial do sistema
Cerâmica Industrial, 15 (2) Março/Abril, 2010
Viu-se que tem havido um recente e rápido aumento no número
de empresas que oferecem tecnologia de jato de tinta para a decoração
cerâmica, e estas estão listados na Tabela 1. Espanha e Itália têm
desempenhado um papel importante na consolidação dessa tecnologia
crescente, com várias impressoras emergindo a partir desses dois
países desde o ano 2000.
5.1. Impressoras em linha de uma única passagem
Os primeiros métodos comerciais à base de jato de tinta para
decoração cerâmica tiveram suas origens em Castellón, Espanha,
em 1998, quando a empresa Ferro começou a explorar o uso
de impressoras de computador padrão para produzir imagens
monocromáticas (preto e branco) em revestimentos, e então
demonstrou a possibilidade de impressão em quatro cores. Este
trabalho levou à primeira impressora Kerajet prática, que foi
mostrada na Feira Cevisama em 20006. Desde então, a linha de
produtos da Ferro evoluiu para a gama atual de máquinas Kerajet,
hoje amplamente utilizadas na produção de revestimentos, que
usam cabeçotes binários SII Printek para quatro cores (CMYK) de
impressão, com tintas cerâmicas proprietárias.
A Durst, uma empresa envolvida no processamento de imagem
desde 1936 e com instalações baseadas na Itália (Tirol do Sul) e
na Áustria, ofereceu em 2005 um sistema digital comercial para
decoração de revestimentos cerâmicos usando tintas pigmentadas,
e hoje conta com mais de 75 impressoras em operação no mundo.
Os modelos mais recentes (Gamma 60/61 e 70/71) possuem três
ou quatro cores (CMYK) para impressão em tamanhos de placa
de até 60 × 120 cm, e usa cabeçotes Fujifilm Dimatix binários. O
sistema imprime sobre os mesmos vidrados utilizados em sistemas
de decoração mais convencionais.
Nada menos do que cinco empresas lançaram sistemas em 2008. A
System SpA (Itália) introduziu a Rotodigit, uma estação de impressão
a jato de tinta que usa cabeçotes Fujifilm Dimatix binários, os quais
podem ser facilmente integrados nas linhas de impressão rotativa
por entalhe mais convencionais produzidas pela mesma empresa.
Em vez de imprimir toda a decoração no revestimento por métodos
a jato de tinta, isto permite a impressão de detalhes em uma ou mais
cores, por exemplo, para complementar os padrões produzidos pelo
processo convencional que se baseia na transferência de tinta a partir
de cilindros de borracha de silicone padronizados.
11
Tabela 1. Empresas que oferecem impressoras comerciais a jato de tinta para decoração de revestimentos cerâmicos no final de 2009 (fonte: web-sites das
empresas).
Ano de
Companhia
lançamento
Impressoras em linha (in-line)
País
2000
Ferro
2005
Durst
Phototechnik
Espanha,
Itália
Áustria,
Itália
2008
Cretaprint
Espanha
2008
Jettable
Israel
2008
Newtech
Itália
2008
SACMI
Itália
2008
System
Ceramics
Itália
2009
Hope Ceramics
China
Cabeçote de
impressão
Tintas
Nome da impressora
SII binário
Ferro KeramINK
KERAjet 350, 560
Fujifilm Dimatix
binário
Xaar em escala
de cinza
Fujifilm Dimatix
binário
Xaar em escala
de cinza
Itaca
Jettable
Glider 3000
Keramagic 350, 700
Flatjet
Fujifilm Dimatix
binário
Xaar em escala
de cinza
Gamma 60/70; 61/71;
lançada em 2008
Cretaprinter
(Xennia OEM)
DWD065
Rotodigit
Chimigraf
Hope Jet 600
Largura da placa; dpi;
velocidade
56 cm; 180-610 dpi;
10-50 m/min
60 cm; 200-924 dpi;
1-64 m/min
28-112 cm; 260-575 dpi;
15-35 m/min
70 cm; 360-720 dpi;
até 60 m/min
70 cm; 360 dpi;
até 25 m/min
65 cm; 50 dpi;
até 30 m/min
100-600 dpi;
30-55 m/min
70 cm;
até 25 m/min
Impressoras fora da linha (off-line)
2008
Sertam
Itália
Fujifilm Dimatix
binário
Sicer
Pink
2008
TSC
Itália
Binário
Sicer
Jet Digital Printer
JDP08
2008
Jettable
Israel
Fujifilm Dimatix
binário
Jettable
731/732
Há uma atividade significativa no desenvolvimento da tecnologia
jato de tinta em Israel, sendo que uma nova empresa, a Jettable,
lançou uma impressora em linha para revestimentos (Glider 3000)
utilizando cabeçotes Fujifilm Dimatix binários e uma vasta gama
de tintas especialmente desenvolvidas, adequadas para aplicações
baixo-esmalte (primeira e segunda queimas) e também sobre-esmalte
(terceira queima).
Em 2008 duas empresas lançaram máquinas com base no
cabeçote Xaar 1001 tipo gota sob demanda em tons de cinza: a
Cretaprint da Espanha e a Newtech da Itália. A Cretaprinter (mostrada
como exemplo na Figura 9) utiliza um mecanismo de impressão
desenvolvido por uma empresa britânica, a Xennia, e tem uma
barra de impressão muito ampla, com capacidade de impressão
de passagem única com uma largura total de placa de 112 cm. A
Newtech Keramagic oferece impressoras com larguras de até 700 mm,
correspondendo a uma barra de impressão contendo dez cabeçotes
por cor. Os mesmos tipos de cabeçotes de impressão em tons de cinza
são utilizados pela Hope Cerâmica, com base na China, que em 2009
lançou uma máquina (Hope Jet 600), novamente com uma largura
de impressão de 700 mm.
Em contraste, a tecnologia Flatjet empregada pela SACMI na
impressora DWD065, originalmente desenvolvida na Hungria, é
fundamentalmente diferente da impressão normal a jato de tinta usando
gota sob demanda (ver Figura 10). Ela usa tubos alimentadores de tinta
muito maiores (500 μm de diâmetro interno) que são individualmente
vibrados por motores piezoelétricos montados em placas ressonantes
de metal. A tinta aparece como um spray de gotículas que formam
uma mancha difusa de cor sobre o revestimento; a intensidade da cor
é controlada pela duração do sinal de vibração enviado para o tubo
12
80 × 120 cm máx.;
até 720 dpi;
múltiplos passes
180-545 dpi;
múltiplos passes
80 × 120 cm máx.;
até 545 dpi;
múltiplos passes
alimentador. O espaçamento entre os tubos vizinhos é normalmente
de 1/10 de polegada (2,54 mm), e uma resolução eficaz de imagem
de 50 dpi é obtida utilizando-se cinco conjuntos de tubos. Alega-se
que a tecnologia produz imagens que são comparáveis, em distâncias
normais de visualização, com àquelas de impressão a jato de tinta
convencional em resoluções mais altas, pois apesar dos pixels maiores
as pequenas gotas de tinta são espalhadas mais uniformemente sobre
o substrato, resultando em mudanças mais graduais na tonalidade. O
método permite que uma ampla variedade de fluidos de impressão
seja utilizada, por exemplo, que contenham sólidos com tamanhos
de partículas muito maiores do que aqueles usados em um cabeçote
de impressão tipo gota sob demanda.
5.2. Impressoras fora da linha de múltiplas passagens
Embora as impressoras em linha sejam ideais para a produção
rápida de peças de tamanho normal, também existem aplicações
onde uma impressora isolada e mais flexível pode ser muito valiosa.
Exemplos incluem a produção de pequenas séries de peças planas
e encomendas especializadas de alto valor, tais como obras de arte
e murais, bem como a decoração de formas complexas e frisos de
contorno (“trims”) e peças de acabamento (rebordo), o que pode
envolver grandes variações na altura da superfície da peça ao longo da
mesma. Para esses casos, onde produção rápida não é um problema,
uma impressão com múltiplos passes no contexto de um processo
de terceira queima pode ser mais adequada do que o método de uma
única passagem usado em máquinas de impressão em linha para
revestimentos crus. A impressão por múltiplos passes utiliza menos
cabeçotes (normalmente apenas um de cada cor), que se movem em
relação ao substrato para cobrir toda a área a ser impressa várias
Cerâmica Industrial, 15 (2) Março/Abril, 2010
Figura 9. Exemplo de uma impressora comercial em linha de passagem única
(Cretaprinter: imagem da Xaar plc).
Figura 10. Princípio de operação da impressora Flatjet, na qual gotas de tinta
são geradas a partir da ponta de um tubo que vibra.
vezes, criando a intensidade das cores e a resolução em etapas. Esta é
a abordagem usada em impressoras de mesa a jato de tinta, e também
pode ser rentável para aplicações de impressão especializada em
cerâmica. O menor número de cabeças de impressão pode tornar mais
fácil a configuração e o funcionamento da máquina do que gerir uma
complexa estação de impressão em linha. Embora a operação a quatro
cores seja normal, algumas máquinas podem operar com mais cabeças
para permitir uma maior gama de cores seja obtida. Como no caso
da impressão em linha, também houve um rápido desenvolvimento
comercial neste setor no ano de 2008, com três empresas lançando
impressoras a jato de tinta fora da linha: Sertam (Pink), CST (Jet
Digital Printer) e Jettable (731 e 732).
indústria de impressão comercial (para substratos de papel, cartão
ou filme polimérico) para uma maior resolução e maior velocidade
nos processos de impressão de passagem única, de modo que estes
podem tornar-se mais diretamente competitivos com os processos
convencionais, tais como offset e flexografia. As velocidades de
impressão em linha oferecidas pela atual geração de impressoras
para revestimentos (~0,5 a 1 m/s) são consistentes com os limites
da atual impressão a jato de tinta para outras aplicações comerciais,
e parece provável que, com o desenvolvimento de novos cabeçotes
de impressão para estas aplicações, estes também sejam rapidamente
adotados para a decoração cerâmica. No entanto, os desafios técnicos
envolvidos não devem ser subestimados: o aumento da velocidade de
impressão envolve não somente um maior processamento de dados
e taxas de transferência mais elevadas, mas também um aumento na
frequência de geração de gota e na velocidade da gota, que por sua
vez impõe exigências adicionais sobre a reologia da tinta. Avanços na
velocidade de impressão pela melhoria do desempenho do cabeçote de
impressão somente serão alcançados quando puderem ser combinados
com a evolução na formulação da tinta.
6. Potencial para Futuros Desenvolvimentos
É evidente a partir da Tabela 1 que, com exceção da tecnologia
Flatjet, há poucas diferenças importantes na especificação (em termos
de resolução e velocidade de impressão) entre as impressoras a jato
de tinta disponíveis no momento. Quer sejam em linha de passagem
única, ou fora da linha de múltiplos passes, todas usam cabeças de
impressão industriais vindas de um pequeno número de fornecedores,
e o desempenho básico das máquinas é determinado pelo desempenho
dos cabeçotes de impressão. Existem diferenças nas formas em que
os outros componentes importantes da impressora são projetados e
integrados, conforme descrito na seção 3, bem como na formulação
das tintas, e nos softwares e hardwares usados para controlar a
impressora e para converter o padrão desejado de impressão no
fluxo de dados que é enviado para os cabeçotes. Esses fatores,
juntamente com a qualidade geral de construção, sem dúvida causam
impacto sobre a confiabilidade da impressora, sobre sua facilidade de
utilização, a qualidade da produção e sobre o custo da operação, que
em última análise influenciam no valor da máquina para o usuário.
Como acontece com qualquer nova tecnologia é improvável que o
mercado seja capaz de sustentar um grande número de fornecedores
de máquinas diferentes, algumas das quais, inevitavelmente, atingirão
apenas uma pequena fatia do mercado, sendo provável alguma
racionalização no futuro.
Futuros desenvolvimentos técnicos serão provavelmente
resultado de melhorias nas tecnologias do cabeçote e da tinta. Pode‑se
prever avanços na química do pigmento e da tinta, possivelmente
envolvendo cada vez mais nanopartículas7 para se obter cores mais
intensas, com maior precisão e estabilidade e uma maior gama de
cores, entregues em tintas mais estáveis que poderão ser impressas
sobre uma ampla gama de condições. Há uma tendência atual na
Cerâmica Industrial, 15 (2) Março/Abril, 2010
7. Conclusão
Até o momento foi abordado o uso de impressão a jato de tinta
para decoração de revestimentos cerâmicos pela deposição de
tintas coloridas, mas o processo também pode ser utilizado para
depositar uma gama muito maior de materiais: cerâmica, metais
e polímeros para muitas aplicações diferentes9. Há um grande
interesse em adicionar funcionalidade aos revestimentos cerâmicos
com a incorporação de novos recursos, muitas vezes eletrônicos4.
Por exemplo, revestimentos podem ser fabricados de modo a
incorporar sensores de toque, pressão, ou de proximidade, de modo
que eles podem ser usados como interruptores ou detectores de
presença para controlar as luzes, abrir portas, contagem tráfego
humano, etc. Transdutores acústicos podem ser introduzidos de
forma que os revestimentos emitam sons em resposta a sinais
elétricos. Camadas refletoras ou emissoras de luz eletronicamente
controláveis podem permitir que revestimentos individuais, ou
áreas dentro de um revestimento, atuem como pixels coloridos
comutáveis, permitindo a criação de displays do tamanho de
uma parede integrados na área revestida com cerâmica. Foram
demonstradas células fotovoltaicas integradas em revestimentos
cerâmicos para geração de energia elétrica10. A impressão jato de
tinta tem o potencial de desempenhar um papel importante em
todos esses e outros aperfeiçoamentos funcionais dos revestimentos
13
cerâmicos: ela já provou sua capacidade como um processo para
a deposição de trilhas condutoras metálicas, para a fabricação de
monitores de grande área com base em polímeros emissores de luz
(LEDs orgânicos), e para a impressão de transistores baseados em
polímeros. Constitui uma das principais tecnologias para a crescente
indústria de componentes eletrônicos impressos. A integração de
componentes eletrônicos e elétricos impressos em revestimentos
cerâmicos pode fornecer oportunidades significativas no futuro.
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